撫順石化乙烯裂解余熱鍋爐爐水處理

杜金海 張世斌 王斌 張威毅

摘 ?????要：針對乙烯裝置余熱爐爐水存在的給水水質控制不穩、爐水循環系統存在的酸腐蝕和結垢等問題，進行了理論分析。通過對藥劑投加設備的技術改造，確保了爐水水質得到有效調節和控制;通過對爐水系統采取藥劑處理，實施給水氧腐蝕控制、酸腐蝕控制和爐水緩蝕控制，取得了較好效果。結果表明，經過對藥劑投加設備的技術改造和藥劑的應用， 確保了水質穩定，有效地控制了爐水循環系統的腐蝕和結垢問題。

關 ?鍵 ?詞：余熱爐;水處理;新技術

中圖分類號：TQ 085 ??????文獻標識碼： A ??????文章編號：1671-0460（2019）08-1858-04

Abstract： Theoretical analysis was carried out in view of the unstable water quality control of feed water and acid corrosion and scaling in the circulating system of waste heat boiler in the ethylene plant. Through the technical transformation of the reagent dosing equipment， the water quality of the boiler water was effectively regulated and controlled; Through chemical treatment of boiler water system， oxygen corrosion control of feed water， acid corrosion control and corrosion inhibition control of boiler water were implemented， and good results were achieved. The results showed that the water quality was stable and the corrosion and scaling of the circulating system of boiler water were effectively controlled by the technical modification of the dosing equipment and the application of the reagent.

Key words： HRSG; Water treatment; New technology

乙烯裂解爐廢熱鍋爐，為線性雙套管式換熱器，內管介質為高溫裂解氣，外管為鍋爐給水。設置于裂解爐輻射段出口，用于回收裂解氣高位熱能，迅速降低裂解氣溫度，終止二次反應。鍋爐給水經過預熱后盤管后進入汽包，通過廢熱鍋爐與高溫裂解氣換熱產生超高壓飽和蒸汽，經過兩段過熱后，作為動力蒸汽驅動裂解氣壓縮機，一段預熱后設置一臺減溫器，用于調節超高壓蒸汽過熱溫度。可見，廢熱鍋爐的運行狀態對乙烯裝置長周期、低能耗、高收率運行具有重要的意義[1]。

某石化公司年產80萬t/a的乙烯裂解裝置，配套有8臺裂解爐，各裂解爐的余熱鍋爐設計給水量為440 t/h。鍋爐汽包工作壓力12.2 MPa，飽和蒸汽溫度327 ℃，過熱蒸汽溫度535 ℃;低溫過熱器和高溫過熱器之間，設有噴水式減溫裝置;鍋爐排污率設計為蒸發量的1﹪。

1 ?鍋爐給水的構成

由熱電廠供給的二級除鹽水，經E-1942（ABC）、E-1920預熱至100 ℃，與三機透平凝結水（180～200 t/h），經管路混合后，再經旋膜式熱力除氧器熱力除氧，鋪助化學除氧處理后，由超高壓給水泵送入余熱鍋爐汽包;熱力除氧器設計處理量580 t/h，工作壓力0.069 MPa，最高工作溫度115 ℃，溶解氧小于7μg/L，除氧塔進汽壓力0.4 MPa。

鍋爐給水的水質處理設計為，鍋爐給水為全揮發水質處理，爐內水為固體堿化處理水質;配置了中和劑、除氧劑、爐內水阻垢劑加注裝置（表1-2）[2]。

（2）鍋爐給水阻垢劑加注困難，爐內水pH值、磷酸根不能穩定控制。

（3）冬季運行鍋爐給水阻垢劑加注管路藥劑結晶，堵塞管路。

（4）爐水循環系統連續、定期排污控制不嚴。

（5）爐區SS蒸汽、爐內水品質監測設施存在污堵、樣品閃蒸超溫、流速不穩定等問題，造成監測數據失真，不能正確指導水汽品質的調節控制，嚴重時水汽運行品質不能監測。

3 ?利用新的藥劑技術進行爐水處理

根據鍋爐給水系統的腐蝕特點，針對上述問題，聯合臺灣鉅邁公司，共同分析制定爐水水質控制處理措施。余熱鍋爐水處理可分為給水處理、冷凝水處理、鍋爐水處理三個部份，其處理的要領見表3。

3.1 ?氧腐蝕控制

鍋爐給水系統主要著重在氧腐蝕及酸腐蝕的控制。由于水中的溶存氧在高溫下，會嚴重引起給水管線爐管及蒸汽系統的氧腐蝕，此種腐蝕過程非常迅速，且金屬表面會形成嚴重點蝕（Oxygen Pitting）[3]。

3.1.2 ?處理方案

鍋爐給水經過低壓熱力除氧裝置除氧后，鍋爐給水依然有溶解氧殘留，因此仍需鋪助添加化學除氧劑去除水中的溶解氧，去除溶解氧至7 ppb以下。

3.1.3 ?使用新型復合藥品

藥品名稱：鉅邁ZB-1350C脫氧劑（主要成份：含有催化劑的有機胺）。藥品特性：不含亞硫酸鈉和聯胺的藥劑。反應速率快，不會增加爐水導電度，且不具毒性。（可免除傳統所用聯胺─為致癌物質）。其能促進鐵管表面形成 Fe3O4保護膜，達到雙重腐蝕抑制作用。其脫氧反應如下：

3.2 ?酸腐蝕控制

（1）鍋爐給水由二級脫鹽水（pH=6.5～7.5）、三機凝結水組成。水汽循環系統的設備管線材質，其中凝汽器管束為黃銅，其余均為碳鋼。為控制水汽循環系統前、中、后段設備管線的酸腐蝕，因此鍋爐給水pH值，必須穩定控制在8.8～9.4之間，并要求鍋爐給水中和劑具有寬泛汽液分配比。冷凝水主要是酸腐蝕的問題， 由于給水中所含的碳酸鹽于高溫下分解產生二氧化碳， 隨著蒸汽攜出并迅速溶解于冷凝水中生成碳酸， 其將降低冷凝水pH， 而造成酸性腐蝕， 其反應機理為[4]：

（2）處理方案

（a）鍋爐給水及冷凝水系統腐蝕主要為酸腐蝕，水質pH在9～10，碳鋼的酸堿腐蝕率較低，在鍋爐給水中添加中和劑，可中和CO2所產生的H2CO3，提高鍋爐給水、冷凝水的pH值，減少腐蝕情形發生，其反應為： RNH2 + H+→ RNH3+。

（b）因二氧化碳溶于液相中，生成碳酸產生腐蝕作用，因此中和胺的選擇常視現場冷凝管線情況而選擇不同DR值的中和胺，以保證汽液分配合理。

（c）中和劑加注過低，無法控制設備管線酸腐蝕的腐蝕速率，中和劑加注過高，凝汽器易產生氨富集，造成凝結器管束發生胺銅腐蝕，因此要求中和劑的加注平穩合理。

中和劑投加的注劑泵，由2臺流量12.83 L/h注劑泵，更換成1臺流量12.83 L/h，一臺流量2.95 L/h的注劑泵，小流量注劑泵可以連續運行，保證中和劑加注平穩合理。

（3）使用新型復合藥品

藥品名稱： ZB-1320C（中和胺）。

藥品特性：由數種胺組成，D.R.值分布寬廣，因此各段（高、中、低）壓力下的冷凝水皆能有效提升其pH值，防止酸腐蝕。此藥品堿性度強，因此加入給水管線可有效提升給水pH值。

3.3 ?爐內水處理要點

爐內水處理重點在防止酸腐蝕、氧腐蝕、夾帶及爐管產生結垢、沉積等。酸腐蝕、氧腐蝕機理如前所述，而且還存在部分爐水被直接攜帶進入蒸汽系統，影響蒸汽質量的問題[5]。

3.3.1 ?處理方案

保持爐水PH值穩定;保持適當水位及穩定操作，以防夾帶;防止鐵離子進入鍋爐（防止給水及冷凝水系統腐蝕）或對于進入爐內的鐵離子附著物加以控制﹑分散﹑排放。

（a）由原設計10臺，流量0.505 L/h，出口壓力13.5 MPa的注劑泵，更換為7臺流量7.6 L/h，1臺流量2.5 L/h，出口壓力18.5 MPa的注劑泵。同時對復配的鍋爐給水阻垢劑進行20%的稀釋，增加藥劑運行流量，防止冬季運行藥劑結晶。

（b）制定合理的爐內水排污操作規程，并監督嚴格執行爐內水排污操作規程，杜絕不按規定執行定期排污的同時，防止連續排污過渡排放。

（c）設計更新SS蒸汽、爐內水監測設備的冷換設備，保證監測樣品具有代表性，以利水質調節控制正確進行。

3.3.2 ?使用新型復合藥品

藥品名稱： ZIMMITE ZB-538C（主要成分：磷酸鹽）。

藥品特性： 含有分散劑，避免鐵離子及鹽類沉積?？山档蛫A帶情形?？刂聘邼饪s倍數，減少排污，節能減排。

4 ?應用效果

經過對藥劑投加設備的技術改造及新型藥劑的應用，同時加強管理、嚴格控制，鍋爐給水、SS蒸汽、三機凝結水水質各項控制指標均達標運行，并有效控制了爐內水循環系統的腐蝕結垢問題。

4.1 ?汽包拆檢情況

對比2014年傳統藥劑投加和2017年新型藥劑投加后的設備腐蝕情況見圖1-3。

結果如下：2014年4#爐汽包拆檢，汽包中清理出的垢物較多，垢物成份95%由鐵構成，說明爐內水循環系統存在腐蝕問題。2017年4#爐、8#爐汽包拆檢圖片看，汽包內部清潔，保護膜良好，汽包底部無沉積垢物，說明爐內水運行品質控制良好，爐內水循環系統腐蝕問題得到有效控制。

4.2 ?裂解氣壓縮機透平拆檢情況

裂解氣壓縮機透平已連續運行4年，透平轉子高、中、低壓段葉片表面光亮，無沉積垢物，無腐蝕，說明高壓蒸汽運行品質控制良好（圖4）。

4.3 ?除氧器拆檢情況

除氧器拆檢圖片說明，除氧頭、除氧水槽內部腐蝕性的保護膜良好，除氧水槽底部無腐蝕沉積情況，除氧劑應用良好（圖5-6）。

5 ?結束語

鍋爐水處理關系到設備的使用壽命、工藝的安全運行、系統的節能降耗。影響水處理成效的因素，除了行之有效的方案，更重要的是解決防范問題的能力。撫順石化公司通過采用新型復合藥劑技術，對乙烯裂解爐余熱鍋爐水處理系統氧腐蝕、酸腐蝕的有效控制，達到了安全、平穩、長周期運行的目標。

參考文獻：

[1]古大田， 方子風. 余熱鍋爐[M]. 北京： 化學工業出版社，2012.

[2]劉小平， 等. 除鹽水制備技術進展[J]. 工業水處理， 2008， 28 （4）：6-9.

[3]范從振. 鍋爐原理[M]. 北京： 水利電力出版社.

[4]陳復. 水處理技術及藥劑大全[M]. 北京： 中國石化出版社，2002.

[5]周柏青， 陳志. 熱力發電廠水處理[M]. 北京： 中國電力出版社，2012.